石灰石—石膏湿法脱硫副产物综合利用及对策研究

魏季宁，刘 涛，朱 林，薛建明

(国电科学技术研究院，江苏南京 210031)

石灰石—石膏湿法脱硫副产物综合利用及对策研究

魏季宁，刘 涛，朱 林，薛建明

(国电科学技术研究院，江苏南京 210031)

介绍了我国燃煤电厂脱硫石膏综合利用现状，分析了脱硫石膏综合利用的技术特点、存在的主要问题。结合环境政策约束条件提出了脱硫石膏综合利用的策略。

脱硫石膏;技术;综合利用;对策

近年来，我国燃煤电厂大规模建设烟气脱硫装置，烟气脱硫副产品产生量快速增加。由于石灰石—石膏湿法脱硫技术为主流技术，脱硫石膏占脱硫副产品产量的95%以上。随着脱硫装机容量的快速增长，全国脱硫石膏产量由2005年的500万t迅速增加至2010年的5230万t。尽管我国脱硫石膏的综合利用率在“十一五”期间在不断增长，2010年综合利用率超过50%，达到69%［1］，但由于产生量巨大到2010年底仍有累积库存近8000万t。脱硫副产品石膏大量堆存既占用土地，又浪费资源，含有酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染，已经成为制约我国燃煤机组烟气脱硫可持续发展的一个重要因素，其综合利用问题不容忽视。

1 国内外脱硫石膏综合利用概况

国外脱硫石膏工业生产和使用已超过20年，其被认为是一种可开发利用的固体资源。发达国家都已形成稳定的脱硫石膏综合利用产业链条，据统计日本、欧洲、德国以及美国脱硫石膏的利用率分别为100%(2006年)、96%(2008年)、98%(2008年)和50%(2009年)，年使用量分别为200万t、1076万t、676 万 t和 895 万 t［2］。

脱硫石膏在不同国家和地区的应用领域有所不同。日本脱硫石膏产品主要包括石膏墙板、建筑水泥、工艺水泥、粘接剂、石膏天花板等。欧盟国家2006年脱硫石膏产量达到1121万t，利用量约为896万t。其中，556万t脱硫石膏用于石膏板，161万t脱硫石膏用于自流平石膏，仅有62万t脱硫石膏用于水泥，这其中德国的脱硫石膏综合利用率最高。美国2009年约有900万t脱硫石膏被综合利用，脱硫石膏最大消费领域为墙板，约82%的脱硫石膏用于生产石膏板，约7%用于生产混凝土和水泥，5%用于填充物/路基，3%用于农业。

2010年我国脱硫石膏综合利用量约3600万t，其中75%用做水泥缓凝剂，20%用做各类石膏板材，5%用于其他加工制造行业［3］，从区域看东西部综合利用率严重不平衡，脱硫石膏综合利用差异较大。京津冀、珠三角及长三角等地区脱硫石膏综合利用率高，其中上海综合利用率达到98%以上。而内蒙古、西南、西北等地区燃煤电厂脱硫石膏产生量综合利用率较低。根据我国“十二五”环境保护规划及节能减排工作的要求，到2015年，煤电机组基本全部配套脱硫装置，脱硫石膏年产量将达到8000万t以上，脱硫石膏综合利用的难度将进一步加大。脱硫石膏初级利用是在不同热源条件下将含水脱硫石膏加工成稳定的石膏主辅料(中低温焙烧)。深度利用是将脱硫石膏加工成水泥和硫酸(高温煅烧)［4－5］。目前成型稳定的技术还是石膏中低温焙烧，可选用加工技术及设备主要包括:脱水干燥技术及设备、熟石膏焙烧技术及设备等，其中脱硫石膏制备熟石膏技术，即焙烧技术是关键技术。目前脱硫石膏的焙烧方式主要有:回转窑、连续式炒锅、气流煅烧、沸腾炉及直接流化焙烧炉。按照加热方式，可分为间接加热和直接加热，一般由加热所采用的燃料决定;按照煅烧脱水速度分为慢速煅烧和快速煅烧;按照出料方式分为间歇式和连续式。

2 综合利用存在问题

2.1 外部环境

我国丰富的天然石膏资源限制了脱硫石膏更为广泛的利用，我国天然石膏蕴藏量丰富，已探明的储量在600亿t以上，居世界首位。其中，山东省天然石膏储量约占全国的62.5%，内蒙古为5.8%，青海为4.5%。2005年－2010年我国天然石膏产量见表1。在天然石膏富产区，脱硫石膏没有成本及技术上的优势，其应用受到严重阻碍。此外，磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生磷石膏也同样制约了脱硫石膏的综合利用［6］。据统计，2007年我国磷石膏排放量约4500万t，占工业副产石膏的70%以上。

表1 “十一五”期间我国天然石膏产量

2.2 技术约束

技术约束主要表现在三个方面:一是电厂湿法脱硫石膏品质不稳定。石膏的石灰石残余、含水率、氯离子、重金属浓度不超限，才可确保石膏符合综合利用的条件，且我国部分燃煤电厂除尘脱硫装置运行效率不高，加之电煤大量掺烧褐煤和煤源不稳定，导致脱硫石膏品质不稳定;二是技术能力支撑不足。缺乏低成本预处理技术及大规模、高附加值利用关键共性技术，制约了脱硫石膏综合利用产业的发展;三是企业规模小。专业从事脱硫石膏综合利用的企业，除部分石膏板企业规模较大外，其他企业以中小型为主，产值较低，无法获得规模效益。

2.3 宏观政策及管理

现已推出的脱硫副产品(脱硫石膏)综合利用优惠政策，基本上都是着眼于脱硫石膏制品的生产企业，鼓励企业投资石膏制品的生产领域，但在石膏产品开发应用的产业链中，石膏产品生产只是其中一个环节，其上游有生产设备的开发制造、产品的研发、制品和施工工艺的标准制订，其下游有建筑的设计、业主对建筑材料的选择、专业施工队伍等，甚至还需有对天然石膏资源的控制。因此目前已有的脱硫石膏政策不足以推动脱硫石膏综合利用的快速发展。具体表现在以下几点:一是政策法规及脱硫石膏配套标准不完善;二是脱硫石膏综合利用激励政策扶持力度不足;三是对技术研发和企业管理引导不够。国家对脱硫石膏综合利用基础性、前瞻性技术研发投入不足，对脱硫石膏利用的配套技术重视不够，多数企业研发能力较弱，技术装备落后，缺少研发投入的积极性。

3 脱硫石膏综合利用发展趋势

目前，国内脱硫石膏制造石膏板材及线材技术和设备基本可以满足脱硫石膏综合利用的要求。从国内纸面石膏板生产企业来看，无论是从国外进口设备的上海拉法基，还是采用国产化技术的企业，均可满足脱硫石膏综合利用要求。新建石膏板生产线都采用余热利用措施及先进的燃煤沸腾炉燃烧技术，大大提高系统热能利用率，降低了煤耗。

未来技术发展及设备发展趋势是低能耗快速型的石膏制板技术及设备，国内对现代化煅烧设备的开发还刚起步，年产10万t以上的沸腾炉、直热式回转窑已有几条投入生产，生产工艺参数尚有待于优化;国内研发的快速煅烧设备已完成工业化试验，规模生产正在筹备中。国内外相关单位正在研究推广利用余热余压对脱硫石膏进行烘干、煅烧的先进工艺及大型成套设备;相关部门和有能力的企业可以考虑研发α超高强石膏粉、石膏晶须、预铸式玻璃纤维增强石膏成型品、高档磨具石膏粉等高附加值产品生产技术及装备;以及将脱硫石膏与粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣一起配置为复合凝胶材料的技术及配套工艺或者将脱硫石膏用于农业碱性土壤改良技术等。预计上述低能耗、高附加值的综合利用技术将在未来二十年能有效促进脱硫石膏的综合利用。此外国内也有相关企业研究脱硫石膏、磷石膏高温逆向分解制硫酸联产水泥的技术，目前由于经济性问题无法推广，该技术未来也是提高脱硫石膏综合利用附加值的潜在技术路线［8］。

4 对策和建议

4.1 技术层面

(1)从生成源上考虑控制脱硫石膏的产量，研究推广资源回收型脱硫技术，减少脱硫石膏的绝对产量。有条件的电厂在进行脱硫工艺选择时可以采用氨法脱硫技术、有机胺脱硫技术、活性焦法脱硫技术等资源回收型脱硫技术。

(2)加强脱硫石膏综合利用技术研究。研究推广利用余热余压对脱硫石膏进行烘干、煅烧的先进工艺及大型成套设备;开发将脱硫石膏与粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣一起配置为复合材料技术;开发脱硫石膏用于农业碱性土壤改良技术等［9］。

(3)加强对脱硫装置运行的管理。燃煤电厂应提高脱硫装置的运行可靠性，强化脱硫装置的运行调整，确保稳定脱硫石膏品质，为脱硫石膏综合利用创造良好的条件。电力行业可以考虑和建材行业合作出台燃煤电厂脱硫石膏成品评价体系。

(4)做好现有脱硫石膏综合技术配套工作。做好脱硫石膏用于粉刷石膏、自流平石膏等成熟技术的施工工艺、设备、工具的配套工作［10］，加强施工人员的岗位培训。

4.2 政策法规层面

(1)适时出台相关政策，限制天然石膏开采。借鉴国家在促进粉煤灰综合利用中采用的限制性政策，在脱硫石膏产量大、综合利用率低的地区，关停部分天然石膏矿。推进资源税改革，提高天然石膏资源税率和开采准入条件，促进企业加强脱硫石膏综合利用，提高脱硫石膏的市场竞争力。

(2)完善财政激励政策。建议利用中央预算内投资，支持建设固体废物综合利用示范基地和固体废物资源综合利用项目，扩大资源综合利用规模。建议在有条件的地区设立资源综合利用专项资金，支持脱硫石膏或其他工业固体废物综合利用重点工程项目建设。规定凡利用脱硫石膏的企业，可以享受计划立项、先审批、低息贷款、税前还贷、减免税收等优惠政策;规定凡具备综合利用条件的项目，其项目建议书、可行性研究报告和初步设计均应有资源综合利用内容，无资源综合利用内容的不予审批。

(3)健全税收支持政策。借鉴促进粉煤灰综合利用初期的优惠政策，给予利用脱硫石膏作为原料生产的企业一定年限的所得税优惠政策，提高现有的企业所得税政策支持力度。对脱硫石膏利用的加工环节给予一定的税收优惠政策。

(4)建立脱硫石膏标准体系。制修订综合利用设备、工艺、生产、使用、产品质量等相关行业技术标准，发挥综合利用产品和应用标准的支撑作用，推动和规范脱硫石膏产业发展。强化资源综合利用认定管理，进一步完善相关制度。

(5)发挥相关管理部门及行业协会的引导和沟通作用，地方和电力、建材、水泥行业共同制定脱硫石膏综合利用规划和技术路线。积极扩大在纸面石膏板中的应用，引导企业用脱硫石膏替代天然石膏。积极开拓建筑内墙粉刷市场，让粉刷石膏成为脱硫石膏综合利用的重点领域之一。逐步扩大脱硫石膏装饰市场的利用，努力开拓石膏砌块建筑市场，带动石膏砌块生产。在部分地区开展脱硫石膏改善土壤试点工作。对尚不能综合利用的脱硫石膏，要妥善处理堆存带来的环境问题，不产生二次污染。

［1］中国电力企业联合会.中国电力行业年度发展报告［M］.北京:中国电力出版社，2011.

［2］Ishikawa Yoshitaka，Wu C N，Yajiman Noriaki.Current state and future prospect of CCPs utilization technology in Japan［C］.第七届水泥与混凝土国际会议论文集.济南:2010.

［3］曹志强.利用脱硫石膏生产纸面石膏板的工艺技术［J］.粉煤灰，2009，(4):41 －42.

［4］刘 涛，薛建明，王小明，等.湿法烟气脱硫石膏资源化深度利用［J］.中国电力，2009，42(8):65 －69.

［5］王祁青.石膏基建材与应用［M］.北京:化学工业出版社.2008.

［6］应国量.磷石膏分解特性的研究［D］.武汉:武汉理工大学，2009.

［7］贺鸿珠，王玉兰，周 敏，等.2010年上海市粉煤灰、脱硫石膏综合利用现状［J］.粉煤灰，2011，(5):1 －3.

［8］肖海平，周俊虎.CaSO4在不同气氛下分解特性的实验研究［J］.动力工程，2004，24(6):889 －892.

［9］耿春女，钱 华，李小平，等.脱硫石膏农业利用研究进展与展望［J］.环境污染治理技术与设备，2006，7(12):15 －19.

［10］黎 力，吴 芳.自流平材料的应用发展综述［J］.新型建筑材料，2006，(4):7－11.

Research on comprehensive utilization of limestone－gypsum desulphurisation products and its countermeasure

The comprehensive utilization condition of coal－fired power plants FGD gypsum at home and abroad are describes.The characteristics of FGD gypsum comprehensive utilization technologies and its main problems during actual application are analyzed.The strategy of gypsum comprehensive utilization is put forward combined with various constraints.

FGD gypsum;technology;utilization;countermeasure

X701.3

B

1674－8069(2012)03－038－03

江苏省2010年度环保科研基金项目(201037)

2012-03-08;

2012-05-15

魏季宁(1957-)，男，江苏南京人，高级工程师，长期从事火电厂环境保护技术管理与政策咨询工作。E－mail:weijining@nepri.com